西瓜果肉柠檬黄色的遗传分析和基因定位

[目的]对西瓜白色和柠檬黄色果肉的色素成分、色素含量、遗传规律进行研究,通过BSA-seq进行基因定位,并预测与柠檬黄色果肉相关的候选基因,为深入研究西瓜柠檬黄色果肉的遗传与分子机制奠定理论基础.[方法]本研究选用'冰糖脆'(Ⅰ P1,白色果肉)和'喜华'(Ⅰ P2,柠檬黄色果肉),'萨省奶油瓜'(Ⅱ P1,白色果肉)和'新金兰选'(Ⅱ P2,柠檬黄色果肉)4份纯合自交系材料为亲本分别配置杂交组合,构建了两个六世代群体.利用高效液相色谱法(HPLC)对4个亲本材料4个不同发育时期的类胡萝卜素组分和含量进行测定.利用集群分离分析法(bulked segreant analysis,BSA)实现对两个BSA-seq群体(BSA-seq Ⅰ和BSA-seq Ⅱ)的初定位,然后根据西瓜参考基因组'97103'V2注释信息挖掘候选基因,并通过实时荧光定量PCR(qRT-PCR)对候选基因进行验证.[结果]在西瓜果实发育过程中,紫黄质和叶黄素在双亲中差异性积累,其中紫黄质具有更高的含量,且在柠檬黄色果肉中的含量显著高于白色果肉.成熟期西瓜白色果肉中紫黄质含量为(10.96±4)μg·g-1 DW,柠檬黄果肉中紫黄质含量为(22.84±2)μg·g-1 DW;成熟期西瓜白色果肉中叶黄素含量为(2.23±1)μg·g-1 DW,柠檬黄果肉中叶黄素含量为(3.97±1)μg·g-1 DW.在构建的两组六世代分离群体中,Ⅰ F1、ⅡF1、Ⅰ BC1P1、Ⅱ BC1P1群体西瓜果肉颜色均为非柠檬黄色,F2群体中西瓜果肉非柠檬黄色与柠檬黄色的分离比符合3:1的孟德尔分离比例,I BC1P2、ⅡBC1P2回交群体果肉非柠檬黄色和柠檬黄色分离比符合1:1,表明西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状.通过对BSA-seq Ⅰ和BSA-seqⅡ数据进行SNP和InDel关联分析,将控制西瓜果肉柠檬黄色的主效位点定位在6号染色体24.00-24.61 Mb的区域内,该区域内共有70个基因.结合西瓜参考基因组注释信息及qRT-PCR表达量分析,最终得到5个与西瓜果肉柠檬黄色有关的基因,其中Cla97C06G121680、Cla97C06G121700和Cla97C06G121890均与叶绿体的形成和叶绿体结构大小有关,这3个基因通过干预有色体的形成影响西瓜果肉颜色;Cla97C06G121910是一种响应乙烯合成的AP2转录因子,与果实成熟密切相关,通过影响果实成熟造成果肉中类胡萝卜素的积累;Cla97C06G122090具有跨膜转运作用,在类胡萝卜素的跨膜运输中起作用.[结论]西瓜白色和柠檬黄色果肉中主要色素为紫黄质和叶黄素,且柠檬黄色果肉中的色素积累量显著高于白色果肉.西瓜果肉柠檬黄色对白色为隐性性状.BSA-seq分析将调控西瓜果肉柠檬黄色形成的一个主效位点定位于6号染色体24.00-24.61 Mb区间内,推测Cla97C06G121680、Cla97C06G121700、Cla97C06G121890、Cla97C06G122090、Cla97C06G121910是与西瓜果肉柠檬黄色形成相关的候选基因.